Estudio de la regulación transcripcional de la guía axonal. Papel de los factores de transcripción Cux1, Cux2 y Pax6

Resum

El sistema nervioso se caracteriza por el gran número de distintos tipos celulares que lo componen, sobre todo neuronales. Esta diversidad facilita la formación de los circuitos neuronales complejos y, en su máxima expresión evolutiva, la corteza cerebral que es donde residen las capacidades cognitivas superiores que definen al ser humano. Uno de los retos de la neurobiología actual consiste en llegar a establecer la identidad molecular que constituye la base genética de la diversidad neuronal, y diseccionar como ésta determina los patrones de conectividad específica de cada neurona. En los últimos años, se ha comenzado a diseccionar parte de estos códigos genéticos, basados en la expresión selectiva de factores de transcripción, y su incidencia en el desarrollo de los circuitos. En esta tesis describimos un papel novedoso de regulación de la guía axonal por parte de los factores de transcripción de tipo homeodominio Cux1, Cux2 y Pax6. Los genes Cux se expresan selectivamente en las láminas II/III y IV de la corteza cerebral. Las láminas II/III incluyen, entre otras, a las neuronas que proyectan a través del cuerpo calloso (NPCC). Mientras que la expresión de Cux2 se mantiene homogénea en toda la corteza, niveles elevados de Cux1 definen el área somatosensorial. Mediante el análisis de ratones mutantes y técnicas in vivo de silenciamiento de genes mediante electroporación in utero, demostramos que los genes Cux1 y Cux2 regulan de forma autónoma celular en las NPCC, la correcta invasión, estabilización y refinamiento de los axones en el hemisferio contralateral. De esta forma los genes Cux podrían jugar un papel en la arealización, regulando el establecimiento del número adecuado de columnas y contactos sinápticos, y la extensión del área somatosensorial. Estas nuevas funciones de los genes Cux podrían tener implicaciones en la formación de los circuitos cognitivos de la corteza cerebral, y relevancia para la comprensión de los mecanismos moleculares implicadas en las enfermedades mentales, e incluso la neurodegeneración. Los trabajos relacionados con Pax6, inicialmente en busca de su relación con los genes Cux, nos llevaron a describir una nueva actividad de esta proteína. La expresión y funciones de Pax6 en precursores tempranos neurales, tales como las células madre neurales han sido ampliamente investigadas. En la mayoría de los linajes generados a partir de estos precursores, la expresión de Pax6 se silencia tras la diferenciación, pero existen ciertas poblaciones de neuronas postmitóticas que mantienen niveles altos de esta proteína, como las células ganglionares de la retina (CGR) o las neuronas dopaminérgicas del bulbo olfatorio y el sistema límbico del telencéfalo. El papel de Pax6 en estos tipos neuronales permanece prácticamente desconocido. En nuestro trabajo demostramos que Pax6 confiere competencia a las neuronas para responder a la proteína soluble SFRP1, que estimula el crecimiento de sus axones. La expresión forzada de Pax6 en cultivos de neuronas corticales postmitóticas, que normalmente no lo expresan, fue suficiente para incrementar su longitud axonal. Este crecimiento se bloqueó con la adición al medio de cultivo de anticuerpos contra SFRP1, mientras que la adición externa de SFRP1 incrementó sólo el crecimiento axonal de las neuronas transfectadas con Pax6. En el escenario contrario, el silenciamiento de Pax6 mediado por las construcciones ARNhc en explantes de retina de ratón abolió específicamente el crecimiento de los axones de las células ganglionares de la retina (CGR) inducido por SFRP1, sin alterar su respuesta a otros factores solubles como Sonic Hedgehog (Shh) o Netrina1. En conjunto estos resultados demuestran que la expresión de Pax6 es necesaria y suficiente para conferir a las neuronas postmitóticas la competencia para responder a SFRP1. Estos resultados revelan una novedosa e inesperada función de Pax6 en la neurona postmitótica y sitúan a Pax6 y SFRP1 como una pareja de reguladores de la conectividad axonal.